AI在生命科學中作用如何？高文院士等跨領(lǐng)域科學家共話

在科學面臨歷史性機遇的今天，人工智能和傳統(tǒng)科研結(jié)合帶來的巨大潛能使“AI for Science ”成為當前的重要趨勢。近日，未來論壇科學講座《理解未來》即聚焦“AI+生命科學”，來自人工智能、計算機領(lǐng)域以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測、分子力學等生命科學領(lǐng)域的科學家共話前沿科學突破。該場講座由未來論壇理事、北京大學李兆基講席教授謝曉亮領(lǐng)銜策劃。

中國工程院院士、鵬城實驗室主任、北京大學博雅講席教授高文圍繞云腦II：AI for Science智能算力，以及鵬城·扁鵲大模型等最新科研成果進行分享。高文介紹，為了讓AI為科學問題服務(wù)，首先要打造先進自主的云態(tài)智能算力平臺，支持大規(guī)模開源、開放和模型共享。

他指出，鵬城云腦II已建設(shè)成為首個國產(chǎn)自主的E級AI算力平臺，并形成了自主AI基礎(chǔ)軟件棧、AI算法流水線，高性能并行計算等一系列支撐架構(gòu)。云腦的超大規(guī)模模型訓練平臺現(xiàn)已賦能全球首個2千億參數(shù)中文預訓練語言模型-鵬程·盤古、多對多模式的多語言機器翻譯模型-鵬程·絲路、視覺與跨模態(tài)的模型-鵬程·大圣，與百度聯(lián)合開發(fā)的增強知識模型-鵬城百度·文心等多項引擎。

而在AI賦能生命健康領(lǐng)域，鵬城實驗室正在開展建設(shè)的鵬城·扁鵲大模型通過依托鵬城云腦大裝置構(gòu)建橫跨基因和表型的多模態(tài)知識圖譜、預訓練模型和高精度生理生化仿真模型等，通過對人體生命組學大數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)感知融合分析建模，最終服務(wù)生命健康領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和推動健康醫(yī)療。

美國芝加哥豐田計算技術(shù)研究所教授、北京大學客座教授許錦波則分享了通過使用人工智能，顛覆蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測，改變分子生物學研究范式的突破。

許錦波介紹，2016年，其團隊開發(fā)的深度卷積殘差網(wǎng)絡(luò)，大幅度提高殘基或原子相互作用預測的準確度。隨后的2020年，谷歌旗下人工智能公司DeepMind則開發(fā)了基于注意力機制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

“通過使用人工智能，我們顛覆了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測，甚至改變了很多分子生物學家的研究范式，很多人開始使用預測的結(jié)構(gòu)去分析蛋白質(zhì)功能?！痹S錦波也指出，目前該領(lǐng)域還面臨一些未解決的問題，比如當一個家族里只有一個孤兒蛋白的時候，還有蛋白質(zhì)的復合物，現(xiàn)有方法準確度還不太理想?！拔覀兿Ｍ麥蚀_預測蛋白質(zhì)在某種特定條件下的結(jié)構(gòu)，和多肽、核酸的相互作用，以及預測突變對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的影響?！?/p>

此外，在前瞻對話環(huán)節(jié)，高文指出，AI在未來十年的生命科學發(fā)展當中，將大有用武之地。例如：人類對于基因組學的分析，哪些片段具有哪些功能？哪些片段的突變會為人類健康帶來怎樣的影響？只要獲取到足夠多的數(shù)據(jù)，我們就可以通過AI來進行計算、分析，并給出藥物、飲食方面的建議，降低或延緩人類的患病速度，提高人們的生活的質(zhì)量。

高文還表示，在小分子藥物設(shè)計領(lǐng)域，AI也將發(fā)揮關(guān)鍵作用。以往，藥物成分大多從自然界中提取，而有了AI的賦能，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能得以高效測定，我們可以針對某些蛋白對癥治療，并通過生成或設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)制作藥物。預計，通過AI算法以及數(shù)據(jù)模型的不斷演進，該領(lǐng)域十年內(nèi)就會實現(xiàn)突破。

談到AI+生命科學的產(chǎn)業(yè)應用價值，許錦波表示，目前“AI for Science”的產(chǎn)業(yè)化環(huán)境很好，特別是“AI for BioTech”。國家在“AI for BioTech”領(lǐng)域非常重視，投資機構(gòu)也非常支持硬科技領(lǐng)域的早期、長期投資。而從產(chǎn)業(yè)角度來講，由于AI在生物制藥領(lǐng)域為各個環(huán)節(jié)賦能，幫助行業(yè)提升了效率與準確度，因此AI在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化也具有很好的前景。

關(guān)鍵詞： 生命科學